貨物列車のエンジンは、ほとんどディーゼルに依存しています。 最初のオーバー・ザ・ロードのディーゼル貨物エンジンは1930年代に就航し、米国におけるディーゼルエンジン搭載列車の数は1940年に1,000台を超え、そのほとんどは旅客サービス用でした。
米国交通統計局（BTS）の最新入手データによると、2018年末時点で米国では2万6000台強の貨物機関車、旅客鉄道AMTRAK機関車が稼働中でした。 その他の州の交通機関は、主にディーゼルエンジンを動力とする地域鉄道サービスを運営していた。 電化されているいくつかの旅客鉄道路線（アムトラックの北東回廊とペンシルベニア州ハリスバーグ線）を除いて、米国の残りの旅客鉄道とすべての貨物鉄道はディーゼルエンジンで動いており、2018年には6500万ガロンのディーゼル燃料を消費しました
今日の平均的な自動車のエンジンは約200馬力ですが、機関車のエンジンは通常その10倍でスタートしました。 鉄道事業者は、鉄道動力アプリケーションの全範囲にわたってディーゼル動力に依存しています：
- 最小の機関車エンジン（最大2000馬力）は、貨物ヤードで列車の組み立てと解体のためのスイッチ操作で使用されているか、小さな列車の短距離輸送で使用されています。
- 最も強力な機関車用エンジン（最大4,500馬力）は、主にアメリカの5つのクラスI鉄道会社、短距離輸送会社、AMTRAK旅客鉄道機関車による長距離貨物列車の運行に使用されています。
ディーゼルエンジンは、機関車用の他の動力源に比べて経済的に大きな利点があります。 また、ディーゼル機関車は加速が早く、軌道の損傷を最小限に抑えながら高速で走ることができます。
規制と標準
ディーゼル業界と鉄道メーカーは、最もクリーンな列車技術の生産に向けて資源を投入し、前進を続けている。 鉄道機関車のディーゼル・エンジン技術は、近年劇的に進歩している。
2004年、米国環境保護庁（EPA）は、列車のエンジンが厳しい大気質基準を満たすことを求める「Final Nonroad Diesel Rule（ノンロード ディーゼル規則の最終版）」を発表しました。 この基準の一部として、列車は硫黄の排出を99%削減した低硫黄ディーゼル燃料を使用して運転することが義務づけられます。 これらの燃料の改善は、環境と公衆衛生に即座に大きな利益をもたらします。
同時に、クリーンレール基準は、大型ディーゼルトラックとバスにすでに導入されているものと同様の高度な排出制御技術の使用も要求することになります。 クリーンなノンロード ディーゼル燃料の利用可能性は、高度なクリーン ディーゼル排出制御技術により、新しい鉄道エンジンからの NOx および PM 排出量を 90 パーセント削減できることを意味します。
今日、あらゆる用途の機関車エンジンのほぼゼロエミッションへの転換は完了し、2015 年から製造された新しいエンジンは、粒子状物質と窒素酸化物の両方の米国 EPA Tier4 排出規制を達成している。 古いスイッチ機関車 1 台と新しい Tier 4 準ゼロ エミッション ディーゼル エンジンを交換すると、8,000 台の自動車を 1 年間道路から排除したのと同じ排出削減効果が得られます。
Advanced Rail Technology Delivers Clean Air and Climate Benefits
旅客および貨物鉄道向けの新しい Tier 4 準ゼロ エミッション ディーゼル ソリューションはここにありますが、機関車群への導入にはしばらく時間がかかるかもしれません。 調査によると、機関車のエンジンは平均して50年以上使用されていることが確認されています。 つまり、排出ガス規制が導入される前に設計された、かなり古いエンジンがまだ現役で活躍していることになる。
世界的な機関車メーカーであるシーメンスは、エンジンメーカーのカミンズ社と提携し、AMTRAK の老朽化した機関車のために、ほぼゼロエミッションの機関車を開発しました。 AMTRAKのチャージャー機関車75両は、強力な4000HPのカミンズQSK90ディーゼルエンジンを搭載し、2021年に運行を開始する予定で、排出ガスを90％削減し、燃料も節約することができます。 これらの新しいより効率的なディーゼル エンジンは、二酸化炭素排出量を 10 パーセント削減する見込みです。
ディーゼル エンジンは、ハイブリッド システムを統合することができ、機関車がこれらの進歩から恩恵を受けないという理由は何もありません。 ほぼゼロエミッションのディーゼルエンジンが、省エネや蓄電技術と組み合わされ、優れた環境性能を発揮しています。 エンジン メーカーの MTU は、あらゆる鉄道アプリケーション用にカスタマイズ可能なハイブリッド PowerPak システムを開発し、Tier 4 環境メリットとともに CO2 排出量を 25% 削減しました。
機械学習により、大きな機械をより効率的にすることが可能です。 機器メーカーCaterpillar社の一部門であるProgressRailは、Tier 4のゼロに近いエミッション削減メリットと燃料節約性能を両立させた最新の機関車設計に、高度な電子制御を統合した。 機関車が走っているところを見たことがある人は、客車や鉄道車両を動かすために、複数の機関車が連結して運行していることに気づいたかもしれません。 最新の電子技術により、これらのエンジンは可能な限り効率的に動作し、アイドリングを排除して優れた燃料節約性能を発揮します。
100年以上前にルドルフ・ディーゼルが特許を取得したオリジナルのディーゼルエンジンは、バイオ燃料での動作を前提に設計されています。 今日、新旧のディーゼルエンジンは、再生可能なディーゼル燃料や高品質のバイオディーゼル混合燃料で動作し、温室効果ガスの排出を大幅に削減することができるため、同じことが当てはまります。 フロリダで高速旅客鉄道サービス「ブライトライン」を運営するヴァージンアトランティック社は、バイオディーゼルを使用することで、乗車時の二酸化炭素排出量を20％削減することに取り組んでいる。